(57)【要約】【課題】  別途加熱手段を設けることなく簡便に光触媒層を加熱できる印刷用版材を提供することを目的とする。【解決手段】  基材３上に、光触媒を含む光触媒層９が積層されてなり、この光触媒層９に対して入射光を照射することによって画像の書込み及び／又は消去が行われる印刷用版材１において、基材３と光触媒層９との間には、入射光の少なくとも一部を吸収して熱に変換する吸収層１９が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、光触媒を含む光触媒層が積層されてなり、該光触媒層に対して入射光を照射することによって画像の書込み及び／又は消去が行われる印刷用版材において、
前記基材と前記光触媒層との間には、前記入射光の少なくとも一部を吸収して熱に変換する吸収層が設けられていることを特徴とする印刷用版材。
【請求項２】
前記基材と前記吸収層との間には、断熱層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の印刷用版材。
【請求項３】
基材上に、光触媒を含む光触媒層が積層されてなり、該光触媒層に照射される入射光によって画像の書込み及び／又は消去が行われる印刷方法において、
前記基材と前記光触媒層との間に設けられた吸収層に、前記入射光の少なくとも一部を吸収させて生じた熱によって前記光触媒層を加熱することを特徴とする印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒層を備えた印刷用版材および印刷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷工程のデジタル化が進行しつつある。これは、パソコンで画像、原稿を作製したり、スキャナ等で画像を読み込んだりすることにより画像データをデジタル化し、このデジタルデータから直接印刷用版材を作製するものである。これにより、印刷工程全体の省力化が図れるとともに、高精細な印刷を行うことが容易になる。
【０００３】
このような印刷工程のデジタル化に対応しつつ再利用を可能とする印刷用版材として、光触媒層を備えたものが種々提案されている。
例えば、印刷用版材として基材上に酸化チタン光触媒を含む光触媒層を形成したものを利用し、版作成時の初期状態においては、光触媒層表面が疎水性を示す状態にしておき、この表面に、デジタルデータに基づいて酸化チタン光触媒のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーをもつ波長の光（以下「活性光」という。）を照射し、表面の一部を、親水性を示す表面に変換して疎水性の画線部と親水性の非画線部とからなる版を作製する。そして、印刷終了後には、活性光を版全面に照射して画像履歴を消去し、その後、有機系化合物による処理を施すことにより、版材表面の全面が再び疎水性を示す版作製時の初期状態となるように変換する。
【０００４】
光触媒層表面を親水性に変換する速度を向上させるために、例えば下記特許文献１に示すように、光触媒層を加熱することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７９７７４号公報（請求項１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示された方法では、版材を加熱するために赤外線ランプ等の加熱手段を別途設ける必要があり、装置の複雑化・大型化を招いていた（特許文献１の段落［００３３］参照）。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、別途加熱手段を設けることなく簡便に光触媒層を加熱できる印刷用版材および印刷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の印刷用版材およびその印刷方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる印刷用版材は、基材上に、光触媒を含む光触媒層が積層されてなり、該光触媒層に対して入射光を照射することによって画像の書込み及び／又は消去が行われる印刷用版材において、前記基材と前記光触媒層との間には、前記入射光の少なくとも一部を吸収して熱に変換する吸収層が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
吸収層によって入射光のエネルギーの一部を熱に変換し、発生した熱を光触媒層に与えることによって光触媒層の温度を上げる。光触媒はその表面に存在する有機系化合物を活性光照射の下で分解する作用を示すが、この有機系化合物分解作用は加熱雰囲気により促進されることが知られている。従って、前記吸収層を設けることにより、例えば版材への画像書き込み時に入射光のエネルギーにより光触媒層の温度が上がるため、光触媒層の有機系化合物分解性能を向上させ、光触媒層表面の親水化を促進することができる。また、このように基材と光触媒層との間に吸収層を設けるだけで、光触媒層の温度を上昇させることができるので、有機系化合物分解作用を促進させるために加熱手段を別途用いる必要がない。
ここで、「吸収層」としては、入射光波長に対して黒体に近いものが好ましく、Ｃｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、ＳＵＳ、Ｆｅ等の金属や、酸化鉄等の金属酸化物皮膜あるいはカーボンが挙げられる。
【００１０】
また、本発明の印刷用版材では、前記基材と前記吸収層との間には、断熱層が設けられていることを特徴とする。
断熱層によって、吸収層で生じた熱が基材側に放熱されてしまうのを防止する。
ここで、「断熱層」としては、吸収層から基材側へ向かう熱流を阻害するものであればよく、例えば断熱しうるだけの膜厚を確保したＳｉＯ２層が挙げられる。ＳｉＯ２以外には、例えば、ガラス、セラミックスといった熱伝導率が低い材料であれば使用できる。また、緻密な膜である必要はなく、多孔質シリカのような、空孔を有する材料でも使用できる。
【００１１】
また、本発明の印刷方法では、基材上に、光触媒を含む光触媒層が積層されてなり、該光触媒層に照射される入射光によって画像の書込み及び／又は消去が行われる印刷方法において、前記基材と前記光触媒層との間に設けられた吸収層に、前記入射光の少なくとも一部を吸収させて生じた熱によって前記光触媒層を加熱することを特徴とする。
画像の書込み及び／又は消去を行う入射光によって吸収層に生じる熱を光触媒層の加熱に用いることとしたので、単に入射光を照射するという極めて簡便な方法によって光触媒層を加熱することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基材と光触媒層との間に吸収層を設けて入射光エネルギーの一部を熱に変換し、これにより光触媒層を加熱することとしたので、極めて簡便な構成で光触媒性能を向上させることができる。
また、断熱層を設けることとしたので、基材側への放熱を防止して、無駄なく光触媒層を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の印刷用版材および印刷方法にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１には、印刷用版材１の部分断面図が示されている。
印刷用版材１は、基材３と、この基材３上に製膜された断熱層１７と、この断熱層１７上に製膜された吸収層１９と、この吸収層１９上に製膜された第１中間層５と、この第１中間層５上に製膜された光触媒層９と、この光触媒層９上に製膜された最表層１１とを備えている。
【００１４】
基材３は、金属製基板により構成されており、例えばステンレス板、チタン（Ｔｉ）板、アルミニウム（Ａｌ）板などが好適である。
【００１５】
断熱層１７は、吸収層１９から基材３へと流れる熱流を妨げるものである。断熱層１７としては、例えば断熱効果を発揮する程度の膜厚を有するＳｉＯ２層が挙げられる。この膜厚は、熱バランスを考慮したシミュレーションによって決定される。
【００１６】
吸収層１９は、入射光の少なくとも一部を吸収して熱に変換するものである。この吸収層１９によって変換された熱が光触媒層９に伝わり、光触媒層９の温度を上昇させる。光触媒層９の光触媒性能は、一般に高温であれば向上するので、吸収層１９を用いて温度上昇させることによって光触媒性能を増大させる。
吸収層１９としては、入射光波長に対して黒体に近いものが好ましく、Ｃｒ，Ａｕ，Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、ＳＵＳ、Ｆｅ等の金属や、酸化鉄等の金属酸化物皮膜あるいはカーボンが挙げられる。
なお、吸収層１９として、入射光の一部を反射する材料（例えばＣｒ）を用いて、反射層としての役目をも持たせても良い。入射光の一部を反射させることによって、光触媒層９における実効上の光路長を伸ばし、光吸収を増大させることができる。
【００１７】
第１中間層５は、光触媒層９と吸収層１９との接着性向上のため、および基材３に含有される金属原子が光触媒層９に拡散することを防止するために用いられる。第１中間層５としては、好ましくはシリカ（ＳｉＯ２）膜が用いられ、例えばＲＦスパッタ法によって製膜される。シリカ膜の膜厚は、図１では一例として１５０ｎｍとしているが、本発明はこの値に限定されるものではない。
【００１８】
光触媒層９は、これに含有される光触媒のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーをもつ活性光（入射光）を照射することによって、光触媒層９表面に付着している有機系化合物を分解すると同時に、高い親水性を示すようになる。
この光触媒層９は、酸化チタン光触媒が好ましく、さらに酸化チタン光触媒としては、紫外光領域に活性を有する通常の酸化チタン光触媒だけでなく、可視光応答型の酸化チタン光触媒でもよい。可視光応答型光触媒としては、好ましくは酸化チタンに対して部分的に窒素が含有された窒素含有型酸化チタン（ＴｉＯ１−ｘＮｘ）が用いられ、例えばＲＦスパッタ法により製膜される。なお、窒素に代えて、ＳｒやＳを含有させたものでもよい。
光触媒層９の膜厚Ｌは、後に述べる方法によって決定される。
【００１９】
最表層１１は、光触媒層９が例えば可視光応答光触媒である場合、この可視光応答光触媒を保護し、且つ光触媒機能を維持する目的で酸化チタン（ＴｉＯ２）膜が用いられ、例えばＲＦスパッタ法によって製膜される。最表層１１の膜厚は、図１では一例として５０ｎｍとしているが、本発明はこの値に限定されるものではない。
なお、本実施形態において用いられている最上層１１は、本発明において必ずしも必要というわけではないが、本実施形態のように最上層１１が設けられている場合、本発明における「光触媒層」とは、光触媒層９のみを意味するのではなく、光触媒層９と最上層１１を併せた層を意味する。
【００２０】
このように構成された印刷用版材１は、次のように使用される。
まず、印刷用版材１の表面に活性光（入射光）を照射して、印刷用版材１表面における水の接触角を１０°以下の高い親水性を示すようにしておく。
そして、最初に、疎水化工程として、印刷用版材１の表面に有機系化合物の薄膜を印刷用版材１表面に形成することにより、最表層１１の表面の光触媒特性を親水性から疎水性へ変換する。疎水化工程が終了した状態が「版作製時の初期状態」であり、この状態では印刷用版材１表面の水６の接触角は５０°以上、好ましくは８０°以上である。
【００２１】
次に、画像書き込み工程として、疎水性の印刷用版材１表面上に活性光により画像の書き込みを開始する。こうすることによって、活性光が照射された印刷用版材１表面は光触媒の作用により疎水性から親水性へ変換する、即ち、印刷用版材１表面の水６の接触角が１０°以下となる。一方、活性光が照射されない印刷用版材１表面は疎水性の状態を保つため、印刷用版材１表面では、活性光未照射部分が、油性インキが付着する疎水性の画線部となり、活性光照射部分が、湿し水が付着する親水性の非画線部となる。これにより、印刷用版材１は版として機能することができるようになる。
本実施形態によれば、入射光のエネルギーの一部が吸収層１９によって吸収されて熱に変換され、この熱によって光触媒層９の温度が上がるため、光触媒層９における有機系化合物（油性インキ）分解性能を向上させ、光触媒層９表面の親水化を促進することができる。
また、吸収層１９の下方に断熱層１７が設けられているので、吸収層１９において発生した熱が基材３側に放熱されてしまうことを防止し、効果的に光触媒層９を加熱することができる。
【００２２】
画像の書き込みが完了した後、印刷工程として、印刷を開始する。
印刷が終了すると、インキ除去工程として、印刷用版材１表面のインキや汚れなどを除去する。インキ除去完了後には、画像の履歴を消去し版を再生する工程として、印刷用版材１表面への活性光の照射を開始する。こうすることにより、光触媒の作用により疎水性画線部は親水性非画線部に特性が変換され、印刷用版材１の全面は再び親水性に戻る。
この後、次の疎水化工程として、有機系化合物の薄膜を印刷用版材１表面に形成することで、印刷用版材１表面は「版作製時の初期状態」に戻ることになり、この印刷用版材１は再利用に供されることになる。
【００２３】
次に、本実施形態についての熱計算に基づくシミュレーション結果を図２に示す。
同図において横軸は断熱層１７の厚さＬ（μｍ）を示し、縦軸は版表面すなわち最表層１１の上面の温度上昇量（℃）を示す
【００２４】
シミュレーション条件は以下の通りである。
入射光エネルギー      ：５０ｍＷ
照射スポット直径      ：１４μｍ
照射方式              ：連続
照射スポット移動速度  ：３．２７ｍ／ｓ
照射入熱分布          ：半径方向−ガウス分布（１／ｅ値半幅を７μｍ）
厚さ方向−均一分布
ＳＵＳ３０１の密度    ：７９２０ｋｇ／ｃｍ３
ＳＵＳ３０１の比熱    ：４９９Ｊ／ｋｇ・Ｋ
ＳＵＳ３０１の熱伝導率：１５Ｗ／ｍ・Ｋ
ＴｉＯ２の密度        ：３８４０ｋｇ／ｃｍ３
ＴｉＯ２の比熱        ：６９４Ｊ／ｋｇ・Ｋ
ＴｉＯ２の熱伝導率    ：８．４Ｗ／ｍ・Ｋ
ＳｉＯ２の密度        ：２２００ｋｇ／ｃｍ３
ＳｉＯ２の比熱        ：７３５Ｊ／ｋｇ・Ｋ
ＳｉＯ２の熱伝導率    ：１．３８Ｗ／ｍ・Ｋ
最表層１１の材質      ：ＴｉＯ２
最表層１１の膜厚      ：５０ｎｍ
光触媒層９の材質      ：ＴｉＯ１−ｘＮｘ（Ｎ含有率は１ａｔ％未満）
光触媒層９の膜厚      ：２００ｎｍ
第１中間層５の材質    ：ＳｉＯ２
第１中間層５の膜厚    ：１５０ｎｍ
吸収層１９の材質      ：Ｃｒ
吸収層１９の膜厚      ：１５０ｎｍ
断熱層１７の材質      ：ＳｉＯ２
基材３の材質          ：ＳＵＳ３０１
なお、ＴｉＯ１−ｘＮｘの物性値については、Ｎ含有率が小さいのでＴｉＯ２の物性値を用いた。
【００２５】
図３には、比較例１が示されている。すなわち、比較例１は、基材（ＳＵＳ３０１）３上に、膜厚が１５０ｎｍとされた第１中間膜（ＳｉＯ２）５、光触媒層９及び最表層１１が順に積層されている。
【００２６】
図２に示したシミュレーション結果からわかるように、比較例１は、吸収層１９および断熱層１７が設けられていないので、せいぜい５０℃程度しか温度上昇しない。
これに対して、本実施形態では、断熱層１７とともに吸収層１９を備えるので、効果的に光触媒層９を加熱することができ、断熱層１７の厚さを２μｍ以上とすれば、１４０℃以上の加熱が可能となる。
なお、比較例１のプロット点は、第１中間層５の膜厚が１５０ｎｍなので断熱層の厚さＬが１５０ｎｍとされた位置にプロットされているだけであって、比較例１はあくまでも断熱層を有しないことに留意すべきである。
【００２７】
このシミュレーション結果からもわかるように、断熱層１７および吸収層１９を設けることによって、光触媒層９の温度上昇を実現することができる。したがって、他の加熱手段を別途設けることなく、簡便に光触媒層９を加熱できるという利点がある。
【００２８】
［第２実施形態］
本実施形態は、図４に示されているように、第１実施形態の第１中間層５と光触媒層９との間に、結晶化率が高くアナターゼ型を多く含む酸化チタンで構成されたシード層として第２中間層７が挿入されている点で異なる。
また、光触媒層９の膜厚を変化させることにより、光触媒層９における光干渉（薄膜多重干渉）による光吸収が最適化されるようになっている。つまり、光触媒層９の膜厚を変化させると、光干渉による効果によって光吸収量（または反射率，電界強度）が所定周期で振動する。この知見に基づいて、最も光吸収量が大きくなる膜厚Ｌが決定される。
このように、本実施形態は、第１実施形態による光触媒層９の加熱に加えて、光触媒層９の膜厚制御による光吸収量の増大をも実現させるものである。
【００２９】
図５に、光学計算に基づくシミュレーション結果を示す。
同図において、横軸は光触媒層９の膜厚Ｌ（ｎｍ）、縦軸は反射率または吸収率を示す。光触媒層９の反射率に加えて、光触媒層９の吸収率と吸収層１９の吸収率が示されている。
【００３０】
入射光の波長      ：４０５ｎｍ
最表層１１の材質  ：ＴｉＯ２
最表層１１の膜厚  ：５０ｎｍ
光触媒層９の材質  ：ＴｉＯ１−ｘＮｘ（Ｎ含有率は１ａｔ％未満）
光触媒層９の膜厚  ：Ｌ（ｎｍ）
シード層１３の材質：ＴｉＯ２
シード層１３の膜厚：１００ｎｍ
第１中間層５の材質：ＳｉＯ２
第１中間層５の膜厚：２８０ｎｍ
吸収層１９の材質  ：Ｃｒ
吸収層１９の膜厚  ：１５０ｎｍ
断熱層１７の材質  ：ＳｉＯ２
断熱層１７の膜厚  ：Ｌ２（μｍ）
【００３１】
本シミュレーションでは光触媒層９として可視光応答型の窒素含有型酸化チタンを用い、入射光として波長４０５ｎｍの光を用いたため、各材質の屈折率は、波長４０５ｎｍに対応する値を用いた。ただし、光触媒層９の屈折率については、Ｎ含有率が小さいのでＴｉＯ２の屈折率を用いた。また、光触媒層９については可視光に対する消衰係数をも考慮した。
なお、断熱層１７上に吸収層１９が積層されているので、入射光は断熱層１７まで到達しない。したがって、光学計算において断熱層１７の膜厚Ｌ２は影響しない（熱計算においてのみ意味をもつ）。
【００３２】
図５から分かるように、光触媒層９の膜厚が２３２ｎｍおよび２９４ｎｍあたりで反射率が最小となっており（これに対応して光触媒層９の吸収率は最大となっており）、これらの膜厚を有するときに光触媒層９は最も光吸収が大きい。また、反射率が最小のときには、吸収層１９における吸収率が最大となっている。
これとは逆に、光触媒層９の膜厚が２００ｎｍおよび２６３ｎｍあたりで反射率が最大となっており（これに対応して光触媒層９の吸収率は最小となっており）、これらの膜厚を有するときに光触媒層９の光利用効率が最も低くなる。また、反射率が最大の時には、吸収層における吸収率が最小となっている。
【００３３】
図６には、熱計算に基づくシミュレーション結果が示されている。熱計算に用いたシミュレーション条件は第１実施形態と同様である。
横軸に断熱層１７の膜厚Ｌ２（μｍ）、縦軸に版表面すなわち最表層１１の上面の温度上昇量（℃）が示されている。
図中には、光の利用効率が最も大きいとき（光触媒層９における光吸収量が最大のとき）の温度上昇量、光の利用効率が最も小さいとき（光触媒層９における光吸収量が最小のとき）の温度上昇量、および、これらの平均における温度上昇量が示されている。
【００３４】
図６からわかるように、断熱層１７の膜厚を２μｍ以上とすれば、光触媒層９における光吸収量が最小のときであっても、６０℃程度の温度上昇幅を得ることができる。つまり、光触媒層９の製膜が上手くいかずに膜厚設定が設計点からずれたとしても、少なくとも６０℃程度の温度上昇を確保できるので、光触媒層９の光触媒性能を確保することができる。
一方で、光触媒層９における光吸収量が最大のときは、断熱層１８の膜厚を３μｍ以上とすれば１８０℃程度の温度上昇幅を得ることができる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、光触媒層９の膜厚制御による光吸収量と温度上昇幅とを併せて考慮することによって、最適な光触媒機能を有する印刷用版材を得ることができる。
【００３６】
なお、上記各実施形態において、光触媒層９として可視光応答型酸化チタンを一例として説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば紫外線に応答する紫外線応答型酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いても良い。
また、最表層１１を設けることは必須ではなく、これを省略して構成することも可能である。
また、各シミュレーションにおいて、波長４０５ｎｍを用いた場合の結果を示したが、入射光の波長はこれに限らず、活性光としての機能を果たす波長であれば良く、例えば４３０ｎｍ、３６５ｎｍといった波長の入射光を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態にかかる印刷用版材の部分断面図である。
【図２】第１実施形態の熱計算に基づくシミュレーション結果を示す図である。
【図３】第１実施形態の比較例にかかる印刷用版材の部分断面図である。
【図４】第２実施形態にかかる印刷用版材の部分断面図である。
【図５】第２実施形態の光学計算に基づくシミュレーション結果を示す図である。
【図６】第２実施形態の熱計算に基づくシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  印刷用版材
３  基材
５  第１中間層
９  光触媒層
１１  最表層
１７  断熱層
１９  吸収層
【図１】
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【図２】
2005349770.tif 000004
【図３】
2005349770.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005349770.tif 000007
【図６】
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